第一講：軟件無線電

技術(shù)基礎(chǔ)主講人：王堅(jiān)wangjian3630@第一節(jié)、無線電與軟件無線電概念1、通信是人類文明和進(jìn)步的推動(dòng)力

200年以前現(xiàn)代文明還未啟動(dòng)，人類已經(jīng)進(jìn)行大量遠(yuǎn)距離通信的探索，看看遠(yuǎn)古的烽火臺(tái)吧！2、無線電的誕生BenjaminFranklin(1706-1790)AlexanderGrahamBellJ.C.Maxwell(1831-1879)GuglielmoMarconi無線電的定義和形態(tài)通過電磁波來傳播信息的方式叫無線電。無線電的形態(tài)廣播與電視（DAB/DVB等）軍用電臺(tái)（包括海/陸/空三軍專用電臺(tái)、?；娕_(tái)、陸航電臺(tái)等）無線對(duì)講機(jī)終端和基站（“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)使用35000部對(duì)講機(jī)和集群手機(jī)）移動(dòng)通信終端和基站（民用）數(shù)據(jù)鏈終端和基站（LINK4/11/16/22，衛(wèi)星鏈路，VDL1/2/4等）雷達(dá)系統(tǒng)……3、軟件無線電的引入“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)和格林納達(dá)沖突，美軍各種通信設(shè)備的不兼容性暴露無疑，不得不借助許多額外的無線電臺(tái)，才能保障高效的通信聯(lián)絡(luò)。矛盾的核心：互通性與靈活性1991年JosephMitolaIII提出軟件無線電概念，并獲得了廣泛認(rèn)可。JosephMitola提出的軟件無線電概念的中心思想是：

構(gòu)造一個(gè)具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等用軟件來完成，并使A/D和D/A轉(zhuǎn)換器盡可能靠近天線，以研制出具有高度靈活性、開放性的新一代無線通信系統(tǒng)。第二節(jié)：軟件無線電的核心技術(shù)技術(shù)數(shù)字化平臺(tái)通用化功能虛擬化結(jié)構(gòu)總線化＋模塊化控制網(wǎng)絡(luò)化體系標(biāo)準(zhǔn)化1）技術(shù)—數(shù)字化半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展是高速、高精度AD成為可能：AD轉(zhuǎn)換頻率達(dá)到數(shù)十GHz；數(shù)字化的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)的程控能力可大大提高精度便于大規(guī)模集成可靠性和可重復(fù)性虛擬特性與升級(jí)特殊應(yīng)用：有些應(yīng)用只有數(shù)字系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)2）平臺(tái)—通用化電子產(chǎn)品的通用結(jié)構(gòu)高速ADC/DAC+DSP+FPGA高速ADC/DAC完成數(shù)字化處理FPGA完成數(shù)字前端的高數(shù)據(jù)速率的實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)各信道的信息提取，以及降低數(shù)據(jù)率的變采樣信號(hào)處理DSP完成特定信道的信息處理，提取業(yè)務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)無線電功能。軟件無線電教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)DSPFPGAARMRFADDA信號(hào)接收發(fā)送接口JTAG仿真端口功能擴(kuò)展接口3）功能—虛擬化采用通用結(jié)構(gòu)，功能軟件定義！虛擬化的概念：如虛擬儀器？？？功能虛擬化的發(fā)展帶來—軟件化的轉(zhuǎn)變模擬電臺(tái)向軟件定義的數(shù)字電臺(tái)、軟件編程電臺(tái)、軟件定義電臺(tái)轉(zhuǎn)化；4）結(jié)構(gòu)—模塊化軟件無線電結(jié)構(gòu)體現(xiàn)兩大特點(diǎn)：采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)（包括串行、并行、網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)等）采用模塊化劃分和實(shí)現(xiàn)功能，功能定義標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)/尺寸/電氣接口規(guī)范化，來保障功能模塊開發(fā)的開放性與可移植性5）控制網(wǎng)絡(luò)化

6）體系標(biāo)準(zhǔn)化軟件無線電論壇：

IEEE對(duì)于軟件無線電和認(rèn)知無線電技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行了推進(jìn)，目前正在制訂的相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要包括：IEEE802.15、IEEE802.22、IEEE802.16h、IEEEP1900、IEEE802.11h以及IEEE802.11y等；第三節(jié)、無線電軟件化的結(jié)構(gòu)演變1、無線電數(shù)字化－數(shù)字電臺(tái)DR誕生數(shù)字化技術(shù)能大大提升系統(tǒng)精度、可靠性，改善抗干擾能力，帶來了電臺(tái)數(shù)字化的革命數(shù)字化電臺(tái)（DigitalRadio）的特征：數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)模擬功能－－目的是提高可靠性、精度等一般采用視頻數(shù)字化（基帶低頻采樣）針對(duì)特定功能設(shè)計(jì)數(shù)字方案，是一種特定實(shí)現(xiàn)，沒有靈活性，單實(shí)現(xiàn)的效率高移動(dòng)通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展模擬時(shí)代到數(shù)字時(shí)代－DR基于DR思想：?jiǎn)文Ｊ?單波段，基帶采樣收/發(fā)開關(guān)射頻處理下變頻中頻處理下變頻基帶數(shù)字化處理I/O基帶ADCFPGA/DSP處理DAC轉(zhuǎn)換鍵盤/麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器/顯示器等2、一般的軟件編程無線電－SPR概念一般軟件編程無線電(SPR)的定義：使用軟件技術(shù)來處理數(shù)字化的無線電信號(hào)SPR(SoftwareProgrammingRadio)特征：核心的無線電硬件平臺(tái)－－是計(jì)算平臺(tái)，如通用可編程DSP或CPU等一般采用中頻數(shù)字化（IF帶通采樣技術(shù)）軟件來定義功能，包括信源處理、信道處理、調(diào)制解調(diào)等收/發(fā)開關(guān)中頻處理下變頻基帶數(shù)字化/模擬處理I/O中頻ADCDSP處理數(shù)字TDMA高速DAC射頻處理下變頻射頻處理下變頻射頻處理下變頻射頻處理下變頻RF:869~894MHzRF:1930~1990MHzRF:1805~1880MHzRF:935~960MHz下變頻DSP處理數(shù)字GSM數(shù)字處理CDMA鍵盤/麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器/顯示器等四波段四模式多波段/多模式時(shí)代－SPR移動(dòng)通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展軟件定義無線電(SDR)的定義：其數(shù)字化是在天線端（或者非常接近）進(jìn)行，無線電所需要的所有處理通過駐留在高速數(shù)字信號(hào)處理單元中的軟件來實(shí)現(xiàn)－－理想的軟件無線電SDR(SoftwareDefinedRadio)的特征：數(shù)字化是在天線端（或者非常接近）進(jìn)行大動(dòng)態(tài)范圍多波段多模式軟件不僅定義處理功能，也定義結(jié)構(gòu)、模式和波段3、SPR向軟件定義無線電SR轉(zhuǎn)換收/發(fā)開關(guān)中頻處理I/O中頻ADC軟件定義無線電處理引擎高速DAC射頻處理下變頻射頻處理下變頻射頻處理下變頻射頻處理下變頻RF:869~894MHzRF:1930~1990MHzRF:1805~1880MHzRF:935~960MHz鍵盤/麥克風(fēng)/揚(yáng)聲器/顯示器等移動(dòng)通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展軟件定義時(shí)代－SDR自適應(yīng)智能軟件無線電(AI-SR)的定義：具有自適應(yīng)能力，以達(dá)到提高性能和/或頻譜利用率的軟件無線電AI(Adaptiveintelligence)-SR的特征：基于對(duì)周圍無線環(huán)境的感知交互作用，而自動(dòng)改變發(fā)送和接收參數(shù)。通過分析外部環(huán)境提供的激勵(lì)來認(rèn)識(shí)它通信任務(wù)的內(nèi)容，通過對(duì)接收和發(fā)送的多媒體內(nèi)容進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)慕鉀Q方式－－認(rèn)知性軟件無線電模式、能力和參數(shù)的自適應(yīng)修改－－動(dòng)態(tài)配置4、自適應(yīng)智能－軟件無線電AI-SR移動(dòng)通信中軟件無線電結(jié)構(gòu)發(fā)展AI-SR時(shí)代收/發(fā)開關(guān)I/O超高頻寬帶ADC軟件定義無線電處理引擎超高速多路DAC智能寬帶RF前端RF:869~894MHzRF:1930